Способ исследования фазового объекта

 

Сущность: формируют два параллельных друг другу изображения щелевого источника света волнами, восстановленными с голограммы в+1-ми-1-м порядках дифракции , перекрывают изображения источника света двумя параллельными визуализирующими щелями, сканируют изображениями источника по периодическому закону, а также поочередно формируют и преобразуют теневые картины в периодические электрические сигналы, измеряют и запоминают разности во времени следования электрических сигналов для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а для другой теневой картины - в обратном направлении, и определяют проекции градиента показателя преломления по суммированию временных разностей следования электрических сигналов в соответствующих точках на изображениях первой и второй теневых картин 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 В 9/021

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4808203/25 (22) 02.04.90 (46) 15.10,92.Бюл,¹ 38 (71) Гродненский государственный университет (72) А.М.Ляликов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1631371, кл, G 03 Н 1/22, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N, 1696974, кл. G 03 Н 1/22, G 01 N 21/41, 1989. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВОГО ОБЪЕКТА (57) Сущность: формируют два параллельных друг другу изображения щелевого источника света волнами, восстановленными с голограммы в+1-м и -1-м порядках дифракИзобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к теневым методам исследования фазовых объектов, Известен способ исследования фазовых объектов, заключающийся в регистрации голограмм, формировании изображения щелевого источника света волной, восстановленной с голограммы, сканировании изображением источника по периодическому закону, преобразовании изображения теневой картины в переменный электрический сигнал, а проекцию гра- диента показателя преломления определяют по разности во времени следования электрических сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ исследования фазовых объектов, заключающийся в регистрации голограммы, формировании двух изображений щелевого

„„5U „„1768958 А1 ции, перекрывают изображения источника света двумя параллельными визуализирующими щелями, сканируют изображениями источника по периодическому закону, а также поочередно формируют и преобразуют теневые картины в периодические электрические сигналы, измеряют и запоминают разности во времени следования электрических сигналов для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а для другой теневой картины — в обратном направлении, и определяют проекции градиента показателя преломления по суммированию временных разностей следования электрических сигналов в соответствующих точках на изображениях первой и второй теневых картин. 3 ил, источника света волнами, восстановленными с голограммы, перекрывании изображений источника света двумя визуализирующими щелями, сканировании иэображениями источника по периодическому закону, а также поочередном формировании и преобразовании изображений теневых картин в периодические электрические сигналы, измерении и запоминании разности во времени следования электрических сигналов для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а другой теневой картины — в обратном направлении, определении проекции градиента показателя преломления по временной разности следования электрических сигналов.

Однако, известные технические решения имеют недостатки. При определении градиента показателя преломления точ1768958 ность измерений ограничена аберрациями дефлектора и подложки голограммы, Цель изобретения состоит в повышении точности измерений за счет компенсации аберраций подложки голограммы и дефлектора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования фазового обьекта, зарегистрированного на голограмму, заключающемся в формировании двух изображений щелевого источника света волнами, восстановленными с голограммы, перекрывании изображений источника света двумя визуализирующими щелями, сканировании изображениями источника по периодическому закону, а также поочередном фсрмирсванли и преобразовании теневых картин в периодические электрические сигналь;, измерении и запоминании разности во времени следования электрических

c„",ãíàëoâ для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а для другой теневой картины — в обратном направлении, и определении проекции градиента показателя преломления, формируют два параллельных друг другу изобра>кения щ"-левого источн ика света вол нами, восстановленными B "+1-м" и "-"i M порядках дифракции, а виэуализирующие щели ориентируют параллельно друг другу, проекцлю градиента показателя преломления определяют по соотношению дПб Ьp +Лф V

) дх 2е

+ где Л<р — временные разности следования злектри еских сигналов;

v — линейная скорость перемещения изображения источника сВВТВ относительно визуалиэлру ощей щели;

f — фокусное расстояние объектива.

На фиг,1 изображена onтичсская схема устройства для реализации способа; на фиг." и 3 — вид А-А в моменты времени, ссо;ветствующие различным наг.равлениям сканирования.

Устройство содержит осветитель 1, щель 2, конденсорную линзу 3, формирующую коллимированный пучок света, дефлектор 4, например, жидкокристаллический, голограмму 5 фазового объекта, фильтрующий. объектив 6, визуализирующую диафрагму 7 с двумя визуализирующими щелями и установленную в задней фокальной плоскости объектива 6, коллимирующий объектив 10, матриLJó фотопpl1pмHèков 11, установленную в плоскости изображения теневой картины, оптически сопря>кенную с голограммой 5, электронный блок измерения временной разности следования злект5

55 рических сигналов, электронный блок 13 управления дефлектором 4, имеющий электрическую связь с электронным блоком 12 и модулятором 14.

Способ исследования фазового объекта реализуется следующим образом. Осветитель 1 освещает щель 2 и формирует щелевой источник света. Конденсорной линзой 3 формируют параллельный пучок и освещают через дефлектор 4 голограмму 5, на которой зарегистрирован фазовый обьект. С голограммы восстанавливают в "+1-м и "-1м" порядках дифракции волны, которые фокусируют объективом 6 и формируют два параллельных друг другу изобра>кения источника света в плоскости визуализирующел диафрагмы 7. Изобра>кения щелевого источника света перекрывают двумя визуализирующимл щелями 8,9, которые ориентируют параллельно друг другу, При открытых визуализирующих щелях 8,9 в ппоскостл 11 формируются два изображения тене ых картин волнами, восстановленными в "-1-м" и "-1-м" порядках дифракции.

Электронным блоком 13 управления дефлектора задают такой режим сканирования, чтобы скорость перме щения v изображений щелевого источника относительно визуализирующих щелей была постоянной по модулю и меняла знак на противоположный по периодическому закону, Синхронизируют работу модулятора, представляющего собой обтюратор, (ось вращения совпадает с оптической осью) с блоком 13 так, чтобы при сканировании изображениями исто ника света в одном направлении одна визуализлрующая .цель, например щегь 8 (см.фиг.2), была перекрыта обтюраторсм 14, а другая щель, например щель 9, была открыта, а при сканированил изображениями источника света в обратном направлении, визуализирующая щель 9 (см.фиг,3) была перекрыта обтюратором 14, а щель 8 открыта (направление сканирования лсточниками света HB фиг.2 и фиг.3 обозначено парой стрелок). Этот прием позволяет поочередно формировать в плоскости 11 (см.фиг.1) изображения теневых картин, Матрицей фотоприемников t1 изображения теневых картин преобразуют в злектрическле слгналы, Выберем на голограмме две точки "а" и "б"; в одной точке, например

"а", соответствующей фазовому обьекту, проекция градиента показателя преломлеО Па ния . = О, а в точке "б" необходимо дх д Пб определить величину,, Восстановпендх

1768958 ная волна с голограммы проходит дефлектор и подложку голограммы. При наличии дефектов s этих элементах схемы измерения величина проекции градиента показателя преломления исследуемого объекта будет искажена отклонением лучей на дефектах дефлектора и подложки голограммы.

Световые лучи, восстановленные в точках

"а" и "б" голограммы, будут связаны с проекцией градиента показателя преломления углами отклонения лучей на дефектах соотношениями и д + К(с4+сС), (1) аб д, + К(а3+Я), д п б (2) где К вЂ” коэффициент пропорциональности; и3, с4 и а,, c4 — углы отклонения лучей в точках "а" и "б" на дефектах дефлектора и подло>кке голограммы соответственно, Таким образом, используя волну, восстановленную в одном порядке дифракции, при измерении временной разности следования электрических сигналов в точках "à" и

"б" .величина первой производной показателя преломления определится

+ ппд дп г, дх " " дх аб — а.- + ((Qg — а3) +

+ (ип — а",). (3)

В способе используют также волну, восстановленную в комплексно-сопряженном порядке дифракции. Для этой волны лучи, восстановленные в тех же точках "а" и "б" голограммы, связаны с проекцией градиента показателя преломления и углами отклонения лучей на неоднородностях дефлектора и подло>кки соотношениями дх (4)

/Зд.— " + K(c4 +ag), (5)

Так как измерение разности во времени следования электрических сигналов в точках "а" и "б" для второй теневой картины производится при изменении направления сканирования на противоположное по отношению к первой теневой картине, то величина первой производной показателя преломления определится

/ д х r(+ +

+ (а3 — а,") . (6)

Производные (3). (6) прямо пропорциональны временным разностям следования электрических сигналов. дпб

+ дх (7) —.Лp . дпа (8)

При суммировании временных разностей следования электрических сигналов (7), (8) имеем согласно (3) и (6) лр++лр-- г д и б (9) 10

Таким образом, проекция показателя преломления фазового объекта согласно (9) определится *è3 дх 2f (10) где v — линейная скорость перемещения изображения источника света относительно визуализирующей щели; — фокусное расстояние объектива 6 (см.фиг.1).

Таким образом, использование такого способа обработки голограмм позволяет исключить влияние аберраций дефлектора и подложки голограмм (см.выражения (10) и (13)) и тем самым повысить точность измерений.

Формула изобретения

Способ исследования фазового объекта, заключающийся в восстановлении с голограммы, на которой зарегистрирован исследуемый объект, волновых фронтов, в формировании двух изображений щелевого источника света с помощью объектива, перекрывании изображений источника света двумя визуализирующими щелями, сканировании изображениями источника света по периодическому закону, а также поочередном формировании и преобразовании изображений теневых картин в периодические электрические сигналы, измерении и запоминании разности во времени следования электрических сигналов для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а для другой теневой картины — в обратном направлении, и определении проекции градиента показателя преломления, отл ича ю щий с я тем,что, с целью повышения точности измерений за счет компенсации аберраций, формируют два параллельных друг другу изображения щелевого источника света волнамл, восста55 новленными в "+1"-м и "-1"-м порядках дифракции, а визуализирующие щели ориентируют параллельно одна другой, проекцию градиента показателя преломления определяют по соотношению

1768958

Составитель А, Ляликов

Техред М.Моргентал Корректор П. Гереши

Редактор В. Бер

Заказ 3638 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, yn,Гагарина, 101 ° " *è ..

<7х 2f где Ь р — временные разности следования электрических сигналов;

v — линеиная скорость перемещения изображения источника света относительно визуализирующей щели;

f — фокусное расстояние объектива.